类星体研究

【【一】】

类星体的发现以及命名

20世纪六十年代，天文学家在茫茫星海中发现了一种奇特的天体，从照片看来如恒星但肯定不是恒星，光谱似行星状星云但又不是星云，发出的射电(即无线电波)如星系又不是星系，因此称它为“类星体”。类星体的发现，与宇宙微波背景辐射、脉冲星、星际分子并列为20世纪60年代天文学四大发现。

类星体的特点

类星体的显着特点是具有很大的红移，表示它正以飞快的速度在远离我们而去。类星体离我们很远，大约在几十亿光年以外，可能是目前所发现最遥远的天体，天文学家能看到类星体，是因为它们以光、无线电波或x射线的形式发射出巨大的能量。

类星体的总结

类星体是宇宙中最明亮的天体，它比正常星系亮1000倍。对能量如此大的物体，类星体却不可思议地小。与直径大约为10万光年的星系相比，类星体的直径大约为1 光天(light-day)。一般天文学家相信有可能是物质被牵引到星系中心的超大质量黑洞中，因而释放大量能量(喷发激烈射线)所致。这些遥远的类星体被认为是在早期星系尚未演化至较稳定的阶段时，当物质被导入主星系中心的黑洞增潻“燃料”而被“点亮”。

由于类星体是一个难解的天体，它奇特的现象如红移之谜，超光速的移动，它的能量来自哪里？再再挑战人类的即有物理观念，而问题的解决，有可能使我们对自然规律的认识向前跨一大步。

【缘起】

从1960年起，人们对剑桥第三电波星表中（3C）一些不知意义、模糊的无线电波源，陆陆续续有下列的发现：

它们的光学体很小（光学直径<1"），和恒星很难区别：

从帕罗马天文台5m望远镜所拍照片中显示,它和恒星一样，都只是一个光点。

它们有极亮(非比寻常的亮)的表面：

在可见光及无线电波波段都此特性。

它们的光谱是连续光谱及强烈的发射谱线：

在1962/63年，由M.Schmidt 测出这和那些已知的电波星系光谱相同。

事实上，测得的类星体的光谱主要有三部分：

由同步辐射造成的非热性连续光谱；

吸积作用造成极明亮的发射谱线；

星际介质造成的吸收谱线。

它们的光谱呈现巨大的红位移量（位移指数Z=△λ/λ）。

因此由哈勃定律推论，它们是极远的蓝色星系，可见光绝对亮度超过一般正常星

系的100倍，而电波强度和CygA星系相当。

到此阶段的探查，我们将之冠上类星体Quasar之名（或谓类星电波源Quasistellar Radio Source）。

【定名】

1965年 A.Sandage 发现许多类星体，它们的光学性质和类星电波源相同；都

有紧密的结构，极亮的表面及蓝的颜色；但它们却没有辐射无线电波（或是太弱了，而没被测到），因此我们可将它们分为两类：

类星电波源QSR's：能用光学及电波段测出，这类比较少，占目前类星体总数的1/20。

类星体QSO's（或称电波宁静类星体）：电波较弱，只能以光学测出。

今日，我们相信它们代表的是同一种天体，只不过有的电波辐射强度不同；科学家相信，具有强烈电波辐射的类星体可能是类星体「一生」中处于短暂的「发高烧」阶段的产物。因此，称之为类星电波源（quasars）或类星体（quasistellar objects）

都可以；有必要时，再注意它有没有辐射电波即可。

目前，在可见光及电波波段的天空搜寻中，数千个类星体已被发现；例如

M.P. Veron-Cetty 及P.Veron（1989）作的星表目录中有4,170个类星体，A.Hewit t和G.Burbidge（1987）所出星表中3,570个附有红移资料的类星体。

【历史纪录】

最近的类星体－3C273（M.Schmidt所发现）：

视星等mv=12.8（其余的比16等还暗），红移z=0.158（相当距离950Mpc.约

等于31亿光年远）。

最亮的类星体－S50014+81：

绝对星等Mv=-33等（mv=16.5）；z值为3.14。

最大红移指数（相当于最远）的类星体－PKS2000-300：

mv=19，z=3.78（记录已被取代，并不断刷新中！）。

不过在1986年后，发现越来越多更大红移的类星体，其中约有30个z值超过4

的；最近的报告（1990年）指出，PC1247+3406的z值为4.90。值得一提的是，

类星体的数目似乎以Z=2左右为分界；红移小于2的随着z值增大，数目也越多，

而红移大于2的，分布趋势则相反，z值越大的类星体数目越小。

最早发现类星体巨大红移现象的，是M.Schmidt 在分析3c 273光谱时顿悟的；

他感觉那些强烈的发射谱线相对排列顺序与氢原子光谱的几条谱线很相似；不同的只

是整个光谱都向红端（长波）移动了一大截。

类星体的红移量是如此的巨大，我们不能只是以简单的哈勃定律（距离d 与z值成正比）来决定它的距离；而必须以广义相对论为基础的宇宙模式来解释它。

【与星系的关系】

类星体的绝对星等Mv在-25-- -33等之间（由哈勃常数Ho=50km/s·Mpc推算），这可推论出其光度在1012--1014L⊙之间（约4*1038--1041W），这代表类星体是宇宙最亮的天体；它们是遥远活跃星系的极亮核及塞佛特星系、N星系及电波星系强烈活动的延续。这些的星系的轮廓

只有在最近的类星体3C273的光学影像中被辨认出，呈现模糊、扩张、云雾状的斑点；通常星系被比它亮很多的核的光芒所掩过，而呈现类星体的现象。只有到最近，以极灵敏的CCD侦测器及现代影像扩大技术，这才比较有可能测出那些z≦0.5的类星体及和它有关的星系（因z值越小之类星体距离越近，与其有关之母星系才不至于太暗）。减去类星体光度後的星系绝对星等在-21--

-23等之间，是直径40--150kpc的椭圆星系或漩涡星系。观测结果认为有强电波辐射的类星体可能属于椭圆星系，而无电波类星体则属于漩涡星系。

此外，在某些类星体中，其分立的子电波源间出现分离的相对速度居然快过光速的超光速运动现象！例如3C273；由巨大天线阵（VLA）从1977年到1980年，以波长2.8cm的无线电波波段观测结果显示，其分立两子电波源间分离速度高达11倍光速。

虽然，光速是物体运动速度的极限也是能量传递速度的极限；但这种看似不可思议的超光速现象，在视觉上却有可能造成超光速的现象。例如，在夜晚将探照灯射向高空，由于云层的反射，天空会出现亮点；当地面的探照灯缓慢转动时，在高空的亮点却以极快的速度在移动。如果这云层够高，亮点的速度甚至可以超过光速。以这模型来解释上述类星体中的现象，认为是由类星体中心母体喷出两股相反方向的粒子流（相当于探照灯的光），它照在星际介质上（相当于高空的云），从而激起电波辐射（相当于亮点）；因此，只要中心母体有小小的摆动，粒子流照射所激起的辐射区就会迅速的移动；如此看来，这两辐射区相离速度超过光速就大有可能了。

【主要观测特点】

①类星体在照相底片上具有类似恒星的像，这意味着它们的角直径小于1″。极少数类星体有微弱的星云状包层，如3C48。还有些类星体有喷流状结构。②类星体光谱中有许多强而宽的发射线，包括容许谱线和禁线。最经常出现的是氢、氧、碳、镁等元素的谱线，氦线非常弱或者不出现，这只能用氦的低丰度来解释。现在普遍认为，类星体的发射线产生于一个气体包层，产生的过程与一般的气体星云类似。类星体的发射线很宽，说明气体包层中一定存在猛烈的湍流运动。有些类星体的光谱中有很锐的吸收线，说明产生吸收线的区域里湍流运动的速度很小。③类星体发出很强的紫外辐射，因此，颜色显得很蓝。光学波段连续光谱的能量分布呈幂律谱形式，为辐射强度，v为频率，α为谱指数，常大于零。光学辐射是偏振的，具有非热辐射性质（见热辐射和非热辐射）。另外，类星体的红外辐射也非常强。④类星射电源发出强烈的非热射电辐射。射电结构多数呈双源型，少数呈复杂结构，还有少数是致密的单源，角直径小于0″.001，至今都未能分辨开。致密源的位置通常都与光学源重合。射电辐射的频谱指数α平均为0.75。一般，α＞0.4的称陡谱；α＜0.4的称平谱。陡谱射电源多数是双源；平谱射电源多数是致密单源，它们的厘米波段辐射特别强。⑤类星体一般都有光变，时标为几年。少数类星体光变很剧烈，时标为几个月或几天。从光变时标可以估计出类星体发出光学辐射的区域的大小（几光日至几光年）。类星射电源的射电辐射也经常变化。观测还发现有几个双源型类星射电源的两子源，以极高的速度向外分离。光学辐射和射电辐射的变化没有周期性。⑥类星体的发射线都有很大红移。迄今为止，观测到的最大红移为3.53（OQ 172）。对于有吸收线的类星体来说，吸收线红移z吸一般小于发射线红移z发。有些类星体有好几组吸收线，分别对应于不同的红移，称为多重红移。例如，类星体PHL 957的发射线红移为2.69，吸收线红移有五组：2.67、2.55、2.54、2.31、2.23。⑦近年来的观测表明，有些类星体还发出X射线辐射。

【巨大红位移之谜】

根据同步电子辐射原理推论出，类星体中黑洞质量--108M⊙，所有辐射能（光度）--1039W ≒1013L⊙。根据相对论E=m·c2推算其寿命约108年。推算出如此巨大能量之结果，使得一些天文学家质疑：决定距离的基础是否为哈勃红移关系？

一般认为红移所代表的可能性有三种：

哈勃红移

越远的星系红移效应越大；类星体是目前发最远的星系，它可能代表宇宙的边缘或最早的宇宙。

引力红移

就是从远离强引力场的地方观测，谱线会向长波的方向移动；但须要的引力场极大（约一亿个太阳质量的黑洞），且造成的谱型与类星体的不符。

局部红移

认为可能是某些星系高速喷出物质所造成之局部现象（与上述视线之超光速原理相同）；支持的证据是，很多星系及类星体常成双或成群出现，而它们之间的红移值截然不同。反对的说法是，也有不少成群协同的类星体、星团和它们的母星系有相同的红移量。

其中以支持哈勃红移理论的证据最为有力。

寻找红移与星系相近的低红移类星体：

以z≦0.5为范围，果然找到很多与椭圆或漩涡星系有关而红移相近的类星体；而高红移星系实在太暗，难以测出，不适用此法。

双胞胎类星体的证据：

1979年 D.Walsh,R.F.Carswell 和R.J.Weym ann 吃惊的发现类星体QSO0957+561A及B 不但距离极近（5.7"），星等同样是17等，z值同为1.41，甚至完全相同的光谱。令人怀疑他们根本是同一天体，只是被重力透镜影响光线偏折而呈二重像。后来果然在类星体B旁发现一模糊的云雾，测量结果发现它是造成此光学二重像效应z=0.39 的中介星系（介于我们与此类星体之间）。此发现意义极重大，不但印证了爱因斯坦广义相对论中重力透镜的预测，而且证明红移大（z=1.41）之类星体在红移小（z=0.39）星系之后，更支持了哈勃红移的理论。

重力透镜造成的光变：

当中介星系转动时，由于重力的作用，使其后方类星体的光度发生变化；理论上，我们可从观测到的类星体光变时间及影像空间角度，去推算类星体距离，再去印证哈勃红移所推算之距离是否正确。可惜，在类星体与我们之间常有无数物质，造成引力的多重影响，而不易以此法测出，有待将来进一步的改良观测技术。

吸收线的支持：

类星体中吸收谱线所测得的Zabs与发射谱线的z值不同，一般是Zabs≦Z；如果发射线z

值是代表类星体的位置(距离)，则其吸收线之Zabs则是类星体和我们之间许多的星际间物质吸收所造成(如图一中Lα森林区，就是Lα线被不同距离物质吸收，所呈多重红移之结果)。当(Z-Zabs) /Z≧0.01，代表是类星体和我们之间许多星系外部的洞区所造成。

此外，我们在高红移类星体吸收线中找到低红移星系（及类星体）之吸收线系统，而在低红移星系吸收线中找不到高红移类星体之吸收线，这可说明高红移星体的确是在低红移星系（类星体）的後面。

另外，一种很像类星体的怪东西，在1929年被发现并定名为BL蝎虎座天体；它的特征就是几乎没有特征。光度变化不规则，只有连续光谱，测不到它的谱线（可能太弱了）。因此，它的距离也很难定出。它那属于非热性之连续光谱在可见光部份比类星体陡。目前已发现100个左右。

到底类星体是个什么样的天体呢?它的外型像恒星，光谱像塞佛特星系，电波性质像电波星系……？而目前的认定是，它是宇宙在大霹雳后，最先形成的“星系”前身。但无疑的，它是一种非常活跃的天体；如果宇宙红移理论确实是对的，那类星体对於我们宇宙将扮演极重大的角色；它代表的是最远，最古老的宇宙。因此能从侧面映整个宇宙的演化。也由於它高度的亮及神秘的吸收线，更是我们研究宇宙中介物质（介于我们和宇宙边缘之间）的最佳利器。

类星体的最新解释

类星体是一种光度极高、距离极远的奇异天体。越来越多的证据显示，类星体实际是一类活动星系核(AGN)。而普遍认可的一种活动星系核模型认为，在星系的核心位置有一个超大质量黑洞，在黑洞的强大引力作用下，附近的尘埃、气体以及一部分恒星物质围绕在黑洞周围，形成了一个高速旋转的巨大的吸积盘。在吸积盘内侧靠近黑洞视界的地方，物质掉入黑洞里，伴随着巨大的能量辐射，形成了物质喷流。而强大的磁场又约束着这些物质喷流，使它们只能够沿着磁轴的方向，通常是与吸积盘平面相垂直的方向高速喷出。如果这些喷流刚好对着观察者，就能观测到类星体。

【【二】】

类星体的发现

1960年，美国天文学家桑德奇用一台5米口径的光学望远镜找到了剑桥射电源第三星表上第48 号天体(3C48) 的光学对应体。他发现3C48的光谱中，在一个奇怪的位置上有一些又宽又亮的发射线。

1963年美国天文学家马丁·施密特发现在3C273的光谱中具有与3C48 类似的现象，通过仔细研究，他发

现这些发射线实际上是人们早已熟知的氢的发射线，只不过朝着红光的方向移动了相当长的一段距离，也就是说它们具有非常大的红移。

由於在光学望远镜中观察，类星体与普通的恒星看上去似乎没有区别，因此得名类星体（Quasi Stellar Object，或者quasar）。

类星体的特征

绝大多数类星体都有非常大的红移值（用Z表示）。类星体3C273(QSO1227+02)的Z=0.158，远远超过了一般恒星的红移值。有不少类星体的红移值超过了1，有的甚至达到4以上。根据哈勃定律，它们的距离远在几亿到几十亿光年之外。

观测发现，有的类星体在几天到几周之内，光度就有显着变化。因为辐射在星体内部的传播速度不可能快于光速，因此可以判定这些类星体的大小最多只有几“光日”到几“光周”，大的也不过几光年，远远小于一般的星系的尺度。

类星体最初是在射电波段发现的，然而它在光学波段、紫外波段、X射线波段都有很强的辐射，射电波段的辐射只是很小的一部分。

根据以上事实可以想到，既然类星体距离我们如此遥远，而亮度看上去又与银河系里普通的恒星差别不大（例如3C273的星等为13等），那么它们一定具有相当大的辐射功率。计算表明，类星体的辐射功率远远超过了普通星系，有的竟达到银河系辐射总功率的数万倍。而它们的大小又远比星系小，这就提出了能量疑难，也就是说：类星体如此巨大的能量从何而来？它们的能量机制是什么？

进一步的研究

在类星体发现后的二十余年时间里，人们众说纷纭，陆续提出了各种模型，试图解释类星体的能源疑难。

比较有代表性的有以下几种：

?黑洞假说：类星体的中心是一个巨大的黑洞，它不断地吞噬周围的物质，并且辐射出能量。

?白洞假说：与黑洞一样，白洞同样是广义相对论预言的一类天体。与黑洞不断吞噬物质相反，白洞源源不断的辐射出能量和物质。

?反物质假说：认为类星体的能量来源于宇宙中的正反物质的湮灭。

?巨型脉冲星假说：认为类星体是巨型的脉冲星，磁力线的扭结造成能量的喷发。

?近距离天体假说：认为类星体并非处于遥远的宇宙边缘，而是在银河系边缘高速向外运动的天体，其巨大的红移是由和地球相对运动的多普勒效应引起的。

对类星体的进一步观测发现了一些新的现象，例如光谱中不同元素的谱线红移值并不相同，发射线和吸收线的红移值也不尽相同。

在一些类星体中发现了超光速运动的现象。例如1972年，美国天文学家发现类星体3C120的膨胀速度达到了4倍光速。还有人发现类星体3C273中两团物质的分离速度达到了9倍光速。而类星体

3C279(QSO1254-06)内物质的运动速度达到光速的19倍。人们起初认为这对相对论提出了巨大的挑战。

最近的研究表明，这些超光速运动现象只是“视超光速”想象，起因于类星体发出的与观测者视线方向夹角很小的亚光速喷流，实际上并没有超过光速。

活动星系核模型

20世纪90年代中期，随着观测技术的提高，类星体的谜团开始逐渐被揭开。其中一个重要的成果是观测到了类星体的宿主星'，并且测出了它们的红移值。由于类星体的光芒过于明亮，掩盖了宿主星系相对暗淡的光线，所以宿主星系之前并没有引起人们的注意。直到在望远镜上安装了类似观测太阳大气用的日冕仪一样的仪器，遮挡住类星体明亮的光，才观测到了它们所处的宿主星系。

越来越多的证据显示，类星体实际是一类活动星系核(AGN)。而在同一时期，赛弗特星系和蝎虎BL天体也被证实为是活动星系核，一种试图统一射电星系、类星体、赛弗特星系和蝎虎BL天体的活动星系核模型逐渐受到普遍认可。

这个模型认为，在星系的核心位置有一个超大质量黑洞，在黑洞的强大引力作用下，附近的尘埃、气体以及一部分恒星物质围绕在黑洞周围，形成了一个高速旋转的巨大的吸积盘。在吸积盘内侧靠近黑洞视界的地方，物质掉入黑洞里，伴随着巨大的能量辐射，形成了物质喷流。而强大的磁场又约束着这些物质喷流，使它们只能够沿着磁轴的方向，通常是与吸积盘平面相垂直的方向高速喷出。如果这些喷流刚好对着观察者，就观测到了类星体，如果观察者观测活动星系核的视角有所不同，活动星系核则分别表现为射电星系、赛弗特星系和蝎虎BL天体。这样一来，类星体的能量疑难初步得到解决。

类星体与一般的那些“平静”的星系核不同之处在于，类星体是年轻的、活跃的星系核。由类星体具有较大的红移值，距离很遥远这一事实可以推想，我们所看到的类星体实际上是它们许多年以前的样子，而类星体本身很可能是星系演化早期普遍经历的一个阶段。随着星系核心附近“燃料”逐渐耗尽，类星体将会演化成普通的旋涡星系和椭圆星系。

【【三】】

宽吸收线类星体物理研究（物理学论文）

摘要:现在普遍相信类星体的反馈会调节寄主星系形成的进程，但其中具体的物理过程依然是个谜.类星体的外流是一个重要的候选者.为了确定外流的重要性，中国科学技术大学天体物理中心开展了宽吸收线类星体的一系列研究，取得了一些进展: (1)宽吸收线区的紫外吸收物质的柱密度比原来预计高出2个量级，低电离吸收线形成于饱和的高电离吸收线区；（2）射电宁静的宽吸收类星体吸收物质主要在赤道面，并且不同的源吸收物质分布情况很不相同，而在射电强的类星体中，赤道和极向外流都是可能的；（3）共振散射线偏振表明，外流物质携带角动量.

关键词:类星体, 吸收线

1 引言

一些星系中心的超大质量黑洞吸积周围的气体，气体在下落到黑洞过程中将巨大的引力结合能转换成粒子的热运动动能，产生大量的电磁辐射,同时吸积也是大质量黑洞增长的过程.它们的辐射光度甚至超过整个星系的恒星光度百倍，我们称这些天体为活动星系核.近10年来的观测表明，几乎所有大质量星系的中心都存在超大质量黑洞，核活动是星系演化的一个特殊阶段.人们普遍相信核活动巨大的能量输出使得它在星系演化的过程中起关键的作用，产生了一系列观测到的黑洞质量与星系参数的相关性.类星体是高光度的活动星系核统称.

大约10%—20%的类星体具有宽的、蓝移的离子吸收线，这些类星体被称为宽吸收线类星体 （BAL QSO）.最常见的紫外吸收线有CIV1549, NV1240, Lyα, SiIV1397, OVI1032, MgII2798, AlIII1870 等类Li离子共振吸收线（如图1所示），这些吸收线是由类星体部分电离的高速外流物质吸收连续谱产生的，外流的速度可高达0.1c—0.2c(c为光速).如果这些外流具有足够的质量外流速率，它可能是联接核活动与星系演化的关键物理过程，同时也将对吸积过程产生重要影响. 因此确定宽吸收线类星体物理参数近年来受到特别重视.

本文将介绍宽吸收线类星体的研究背景和我们近年来在这方面开展的一些研究工作,包括吸收物质

的柱密度，外流的几何以及外流角动量的确定等.

2 宽吸收类星体中外流的基本图像

目前对宽吸收线类星体有2类截然不同的观点：人们较为普遍接受的观点是，所有的类星体都具有宽吸收线外流, 但外流只覆盖一少部分的立体角，换言之，只在类星体的一些视线方向上观测到了外流；另一类观点是，只有一些特殊的类星体具有宽吸收线外流.观测检验这2个观点的主要方法是：（1）通过比较BAL QSO吸收线区的覆盖因子与观测到宽吸收线类星体的比例，如果二者一致，则支持第一类模型；（2）检验BAL QSO与非BAL QSO性质在统计上的差别，如果有差别，则二者可能是不同的. 第一类检验主要通过离子共振散射谱线的强度与理论模型预言的比较来确定.对大部分吸收线而言，离子与光子的作用并不是真吸收而是共振散射，因而通过测量别的方向上散射过来的光就可以确定散射物质覆盖的区域.这一

方法给出宽吸收线区的覆盖因子上限为30%，但一定程度上与模型相关. 第二类方法发现BAL与非 BAL QS O只在发射线轮廓上有细微差别，BAL QSO的CIV线更加蓝移，这可能说明它们有不同，或者只是二类系统不同的视角方向引起的，前者支持第一种观点，而后者支持第二种观点，因此第二类方法并没有给出明确的倾向.

宽吸收线外流是由辐射加速的，如果外流的电离程度合适，活动星系核强的紫外辐射可以非常有效地加速物质外流.在光学薄的情况下，辐射加速度可以写成：

其中σν为单位质量物质对频率为ν的光子的吸收截面，Lν为频率ν处单位频率间隔的光度，λ为平均吸收截面与电子散射截面之比，LUV为积分光度，LEdd为完全电离的氢辐射压与引力平衡时辐射光度(称为Eddington光度)， M为黑洞的质量.对于典型的类星体而言，LUV/LEdd~0.1，λ取决于具体的吸收过程，主要包括谱线的共振散射或者连续谱的光电吸收过程. 对于典型的类Li离子电离物质而言，共振散射的截面与光电吸收的截面之比量级为105.但共振散射只能发生在吸收物质共同坐标系共振频率附近，很容易饱和，因此它的重要性取决于吸收物质的速度梯度.对于共振散射光学厚的物质，二者的相对重要性由柱密度的速度梯度（n(dr/dν)）以及电离连续谱的形状决定.在考虑的电离度范围，λ估计在10—1000 0之间. 在一些情况下，尘埃的吸收也是重要的辐射力来源.观测上发现吸收线轮廓的一些特征也表明共振线辐射压是外流的重要加速机制，如CIV吸收坑中有时在速度5800km/s处有剩余流量的峰，这是由于NV 离子吸收类星体强的Lyα发射线后获得额外的加速度而使得该速度段的离子数目降低引起的.

一些宽吸收线类星体的吸收坑的深度比局部连续谱深，从而要求宽吸收线物质同时也吸收发射线，换言之，宽吸收线区在发射线区外.对于类星体，典型的宽发射线区的尺度为1016—1017cm, 作为比较，典型的108M质量黑洞的半径为1.5×1013cm.宽吸收线区可能延伸到pc（秒差距）尺度.从紫外吸收坑我们可以估计吸收离子柱密度的下限，这个下限对应的物质柱密度只有1021cm-2, 从吸收线轮廓看，吸收物质是连续地外流，从而估计吸收物质密度只有105—106cm-3.这种低密度的物质暴露在类星体的强辐射场中，物质的电离程度很高，类Li离子很难存在.一种解决方案是，在宽吸收线的内部存在高电离的吸收物质，这些物质吸收软X射线，从而保证外面的类Li离子的存在.宽吸收线类星体中观测到强的软X射线吸收支持这种解决方案.

宽吸收线外流是由辐射加速的，如果外流的电离程度合适，活动星系核强的紫外辐射可以非常有效地加速物质外流.在光学薄的情况下，辐射加速度可以写成：

其中σν为单位质量物质对频率为ν的光子的吸收截面，Lν为频率ν处单位频率间隔的光度，λ为平均吸收截面与电子散射截面之比，LUV为积分光度，LEdd为完全电离的氢辐射压与引力平衡时辐射光度(称为Eddington光度)， M为黑洞的质量.对于典型的类星体而言，LUV/LEdd~0.1，λ取决于具体的吸收过程，主要包括谱线的共振散射或者连续谱的光电吸收过程. 对于典型的类Li离子电离物质而言，共振散射的截面与光电吸收的截面之比量级为105.但共振散射只能发生在吸收物质共同坐标系共振频率附近，很容易饱和，因此它的重要性取决于吸收物质的速度梯度.对于共振散射光学厚的物质，二者的相对重要性由柱密度的速度梯度（n(dr/dν)）以及电离连续谱的形状决定.在考虑的电离度范围，λ估计在10—1000 0之间. 在一些情况下，尘埃的吸收也是重要的辐射力来源.观测上发现吸收线轮廓的一些特征也表明共振线辐射压是外流的重要加速机制，如CIV吸收坑中有时在速度5800km/s处有剩余流量的峰，这是由于NV 离子吸收类星体强的Lyα发射线后获得额外的加速度而使得该速度段的离子数目降低引起的.

一些宽吸收线类星体的吸收坑的深度比局部连续谱深，从而要求宽吸收线物质同时也吸收发射线，换言之，宽吸收线区在发射线区外.对于类星体，典型的宽发射线区的尺度为1016—1017cm, 作为比较，典型的108M质量黑洞的半径为1.5×1013cm.宽吸收线区可能延伸到pc（秒差距）尺度.从紫外吸收坑我们可以估计吸收离子柱密度的下限，这个下限对应的物质柱密度只有1021cm-2, 从吸收线轮廓看，吸收物质是连续地外流，从而估计吸收物质密度只有105—106cm-3.这种低密度的物质暴露在类星体的强辐射场中，物质的电离程度很高，类Li离子很难存在.一种解决方案是，在宽吸收线的内部存在高电离的吸收物质，这些物质吸收软X射线，从而保证外面的类Li离子的存在.宽吸收线类星体中观测到强的软X射线吸收支持这种解决方案.

【【四】】

接受类星体的挑战——施米特

类星体，顾名思义是一种类似恒星却又不是恒星的天体，这里说的“类似”指的是外貌，因为从照片上看起来，类星体与普通恒星简直没有多大区别。

第一颗类星体是在1960 年由美国天文学家桑德奇等发现的，它是3C48（英国剑桥射电天文台《第三射电星表》中第48 号射电源），很快它的光学对应体找到了，原来是颗很暗的16 等星。可是却把天文学家都难住了，因为它的光谱很特殊，说不清它究竟是星云、星系、超新星遗迹，还是什么别的东西。

一般把发现类星体的荣誉归之于旅美荷兰天文学家施米特（1929—）。他1956 年在荷兰莱顿大学获得博士学位以后，来到美国帕洛马山天文台工作，长期从事银河系结构和星系动力学等方面的研究工作，曾提出过银河系结构模型，还以观测为基础，描述了恒星和星际物质的运动和分布。

1963 年，3C273 射电源的光学对应体也被找到了，在照相底片上看起来，像是个13 等星的恒星，光谱里有着又宽又强的谱线。这一次，施米特经过反复研究，终于证认出了那些光谱线，它们原来也都是地球上已经知道的元素所产生的，如氢、氧、氮等，只是谱线红移很大，达0.158，也就是向红端移动了15.8％。这样一来，谱线从本来应该在那里的位置移动了好大一段距离，变得“面目全非”而很难辨认了。

施米特出色的工作不仅解决了类星体光谱谱线红移之谜，更是开拓了一个崭新的领域。随后，一批类星体的光谱都成功地得到了证认，像前面提到过的3C48，它光谱的红移值达到0.367，简直是乱了套了。如果承认红移是由多普勒效应造成的，那么，3C48 就在以每秒10 万公里以上的“疯狂”速度离我们而去。多么惊人和难以想象的速度呀！

施米特本人在类星体研究方面做了大量具有开拓意义的工作，包括类星体的计数、统计、空间分布、谱线的证认，以及能源机制、红移与距离之间的关系，等等。

类星体，以及星际分子、脉冲星、微波背景辐射，被称为60 年代天文学的四大发现。二三十年来，在这四大领域内，确实也都取得了巨大的进展，硕果累累。就类星体来说，光是发现的类星体数量，到1987 年为止，已达3500 个以上。现在暂时保持着距离“ 冠军” 称号的是一个编号为“PKS2000-3302000-330”的类星体，距离我们约130 亿光年。世界上一大批天文学家正在对类星体进行潜心的研究，可是，到目前为止，一些根本性的重大问题，不但没有得到解决，而且还处在众说纷纭、左右为难的阶段，如红移的本质、巨大能量的来源、超光速现象等。

类星体仍是当代天文学向科学家们提出的最大挑战之一。

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